Wissenstest, Eigenschaften von Quantenobjekten

Die Eigenschaften von Quantenobjekten unterscheiden sich deutlich von denen makroskopischer Objekte. So bewegen sie sich z. B. nicht auf Bahnen. Ein Experiment kann durch eine Messung vollständig verändert werden. Der Test zeigt Ihnen, wie Ihr Grundverständnis für die Quantentheorie ausgeprägt ist.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Eigenschaften von Quantenobjekten".

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WISSENSTEST

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Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Wissenstest, Eigenschaften von Quantenobjekten." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/wissenstest-eigenschaften-von-quantenobjekten (Abgerufen: 20. May 2025, 15:33 UTC)

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Komplementarität und Komplementaritätsprinzip

Das von NIELS BOHR (1885-1962) in die Quantenphysik eingeführte Komplementaritätsprinzip kennzeichnete er selbst mit dem Satz: „Die Begriffe Teilchen und Welle ergänzen sich, indem sie sich widersprechen; sie sind komplementäre Bilder des Geschehens.“
Nach dem Komplementaritätsprinzip kann ein Interferenzmuster nur beobachtet werden, wenn die zu einem Versuchsergebnis beitragenden klassisch denkbaren Möglichkeiten nicht durch eine Messung unterscheidbar sind („Welcher-Weg“-Information). Unterscheidbarkeit erhält man z.B. dadurch, dass man Atome verwendet, die Photonen emittieren. Man hat dies in den neunziger Jahren des 20. Jahrhunderts in verschiedenen Varianten durchgeführt: Bei einem der Experimente wurden Atome an einer stehenden Lichtwelle wie an einem Gitter gebeugt. In einer anderen wurde mithilfe von zwei stehenden Lichtwellen ein Atom-Interferometer realisiert.

Quantenblumen

Die Quantentheorie sagt einige Messergebnisse voraus, die unvereinbar mit unseren Alltagsvorstellungen sind. Die zugehörigen Experimente konnten z. T. erst in den letzten Jahren durchgeführt werden. Sie bestätigen die absurd erscheinenden Vorhersagen der Quantentheorie eindrucksvoll. Um die Eigentümlichkeiten der Quantenwelt zu verdeutlichen, wird hier dargestellt, wie eine Blume wachsen würde, wenn sie sich entsprechend dem Komplementaritätsprinzip der Quantenphysik entwickeln würde. Wie jede Veranschaulichung hat auch diese ihre Grenzen. Dennoch kann die Analogie erstaunlich weit getrieben werden.

Quantitative Beschreibung der Komplementarität

Die Komplementarität, also den Sachverhalt, dass sich die Beobachtung eines Interferenzmusters und eine Information über den Spalt, durch den ein Quantenobjekt hindurchgeht, ausschließen, kann man auch quantitativ beschreiben. Das kann mithilfe der Wahrscheinlichkeit P(x) geschehen. Diese Wahrscheinlichkeit kann man mit dem Zeigermodell ermitteln, wobei das Quadrat des Summenzeigers im Unterschied zur Optik – dort ist das ein Maß für die Intensität – als Maß für die Wahrscheinlichkeit P(x) zu interpretieren ist.

Interpretation der Quantenphysik mit verborgenen Parametern

Die Quantentheorie erlaubt verschiedene Interpretationen. Die in dem gedruckten Material dargestellte Interpretation ist die sogenannte Standardinterpretation. In dieser ist es z.B. unbestimmt, ob ein Quantenobjekt beim Doppelspalt-Experiment durch den linken oder den rechten Spalt geht. Bei den Interpretationen mit verborgenen Parametern nimmt man an, dass das Quantenobjekt stets durch einen der Spalte geht, dass man nur nicht feststellen kann, durch welchen. Deshalb muss die Tatsache, dass sich beim Interferenzbild nicht die Summe der Einzelspaltmuster ergibt, anders erklärt werden. Dies ist nur über eine sogenannte stark nichtlokale Wirkung möglich.

Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation

An der Entwicklung und der Interpretation der Quantenphysik waren viele bedeutende Physiker beteiligt. Entscheidende Schritte wurden in den zwanziger Jahren des 20. Jahrhundert gegangen. 1927 veröffentlichte NIELS BOHR sein Komplementaritätsprinzip. Im gleichen Jahr formulierte WERNER HEISENBERG die Unbestimmtheitsrelation. Sie besagt, dass der Ort und der Impuls eines Quantenobjektes nicht gleichzeitig genau bestimmt werden können und wird häufig folgender mathematischen Beziehung angegeben:
$Δ x \cdot Δ p \geq \frac{h}{4 π}$

Das ist eine, aber nicht die einzige Möglichkeit, die heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation zu formulieren.

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